《自然》《科学》一周（08.15-08.21）材料科学前沿要闻

1.三维全介电超材料固体浸没透镜

（Three-dimensionalall-dielectric metamaterial solid immersion lens for subwavelength imaging atvisible frequencies）

虽然全介电超材料是在纳米尺度操纵光的金属基超材料的低损耗替代品，有很多潜在应用，但是限于目前的纳米加工技术，迄今为止此类材料的报道非常少。Fan等人开发了一种新的“纳米-固体-流体组装”法，即利用15nm的TiO2纳米粒子作为构建模块，在可见光频率建立了第一个三维全介电超材料。因为其具有光学透明性、高折射率以及深亚波长结构，所以这

种基于全介电超材料的三维固体浸没透镜（mSIL）可以用于制造在白光下产生小于等于45纳米超分辨率清晰图像的光学显微镜。理论分析表明，在相接触的TiO2之间可以形成电场增强，这将有效约束和传播深亚波长尺度的可见光。而这赋予基于超材料的固体浸没透镜以特殊的能力，使其能够照亮观察对象表面大面积的纳米近场倏逝点，并收集倏逝信息将其转化成传播波。Fan等人研究的全介质超材料设计方法展示出了用于开发可见光频率低损耗纳米光子器件方面的潜力。（Science Advances DOI: 10.1126/sciadv.1600901）

2.纳米晶体催化剂中的各向异性相分离和迁移

（Anisotropicphase segregation and migration of Pt in nanocrystals en route to nanoframecatalysts）

双金属纳米晶体中的组分不均匀性为操控纳米晶体功能提供了额外的变量。然而，理解如何控制纳米晶体中各向异性元素分布是纳米催化剂设计要到达更高层次所面临的巨大挑战。

Niu等人展示了铂-镍菱形十二面体中相偏析的演化轨迹。在导致铂最终偏析成为14轴的菱形十二面体的初始生长阶段，沿<111>和<200>方向富铂相的各向异性生长，形成了高度分支化的、嵌入在富镍壳中的富铂十四足结构。随着生长时间的继续增长，富铂相有选择性地通过14轴向外迁移至24边，使得菱形十二面体成为富铂框架包围富镍内部相的形式。各向异性相分离和迁移机制的发现，为按组分分布和性能要求制备纳米催化剂提供了一种完全全新的方式。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4724）

3.手性金属-有机框架中分子的配位排列

（Coordinativealignment of molecules in chiral metal-organic frameworks）

手性金属有机框架，MOF-520，可用于配位结合和排列具有不同大小、复杂性和功能的各种分子。这种配位排列方法能有效降低动态自由度，因此可以利用单晶X-射线衍射技术来测定分子结构。金属有机框架主干的手征性也可以作为参考来解析结合分子的绝对构型。代表四种常见官能团（伯醇、酚、邻二醇和羧酸）的十六种分子，复杂性从甲醇到植物激素（赤霉素，含有八个手性中心），结晶形成的结构均能够被精确地确定。

Seungkyu等人区分了赤霉素中的单键和双键，且对映选择性地晶化了外消旋茉莉酸，在此之前其绝对构型只根据其衍生物进行过推断。（Science DOI: 10.1126/science.aaf9135）

4.过掺杂铜氧化物中临界温度对超流密度的依赖

（Dependence of the criticaltemperature in overdoped copper oxides on superfluid density）

欠掺杂铜氧化物超导体的物理学问题，包括其赝能隙、自旋和电荷有序及其与超导的关系引起了人们激烈的讨论。对部分过掺杂样品的前沿研究表明，超流密度远低于预期，但这归因于配位缺损、无序和相分离。

Božović等人通过研究La2-xSrxCuO4整个过量掺杂的相图，发现其中的磁性穿透深度和相刚度取决于温度和掺杂。他们测得的样品的磁性穿透深度和相位刚度的绝对值具有的千分之一精确度，大量统计数据表明了明确的趋势和内在特性。均相薄膜中临界超导温度的变化十分微小（小于1K）。各级掺杂相刚度随温度线性减小。零度相刚度对临界超导温度的依赖是线性的，但有一定的偏移，然而，接近原点这种依赖关系变成了抛物线。这样的比例规律与标准巴丁-库珀-施里弗的描述不符。（Nature  DOI: 10.1038/nature19061）

5.铁表面电子掺杂的磷族元素化合物Ba(Fe1.94Co0.06)2As2中的增强超导

（Enhanced superconductivity in surface-electron-doped iron pnictide Ba(Fe1.94Co0.06)2As2）

钛酸锶上的单层FeSe的超导转变温度（TC）已经被增强到高达100K。在具有类似单层FeSe电子结构的铁的硫族化物材料中也发现了高超导转变温度。这表明可以通过电子掺杂来实现更高的超导转变温度。但是这一直局限于硫族化物，并且与铁的磷族化合物截然不同，其达到最大TC是由空穴和电子包形成的显著的费米面嵌套不稳定性来实现的。

Kyung等人报导了利用角分辨光电子能谱特征揭示了表面掺杂使Ba(Fe1−xCox)2As2的Tc由24K单调增加到了41.5K。研究结果表明，伴随费米面拓扑改变的较高的电子掺杂对于超导来说是十分有利的，且不仅对铁的硫族化合物有利，对于铁的磷族化合物也有利。（Nature Materials  DOI: DOI: 10.1038/NMAT4728） 

6.碳包裹的铁纳米粒子催化剂

（Identification of carbon-encapsulated iron nanoparticles as activespecies in non-preciousmetal oxygen reduction catalysts）

氧还原反应所需的有效和廉价的催化剂一直是燃料电池大规模应用的瓶颈。铁基非贵金属催化剂表现出良好的活性和稳定性，是目前商用铂催化剂的替代品之一。然而，非贵金属催化剂中的活性位点一直未得到确认，从而阻碍了新的催化剂的发展。

Varnell等人最近展示了用高温气相氯气和氢气处理一种铁基非贵金属催化剂，能够实现催化剂的可逆活化和去活化。另外，他们利用X射线吸收谱和穆斯堡尔谱观察到随着氯气和氢气的处理催化剂多相性减小。实验揭示了铁纳米颗粒临近的位点对于催化剂的活性和稳定性起着主要作用。（Nature Communications  DOI: 10.1038/ncomms12582）

7.含铁沸石中的活性位点

（The active site of low-temperature methane hydroxylation iniron-containing zeolites）

将甲烷转变为甲醇的有效催化方法可能具有深远的经济意义。含铁沸石（微孔硅酸铝矿物）在这方面具有优异的性能，能够在室温快速将甲烷羟基化为甲醇。尽管在其反应活性方面的研究已有近30年，但是活性位点的本质和决定其优异活性的因素仍然不清楚。主要困难在于反应物种-Fe(II)和O的探测具有很大的挑战性。

最近，Snyder等人报导了一种通常用于生物无机化学中的位点选择谱的方法来克服这一问题。磁圆二色性揭示了α-Fe(II)是一种单核、高自旋的平面正方形的Fe(II)位点，而反应中间产物α-O是一种单核、高自旋的Fe(iv)=O物种，其优异的活性来源于沸石晶格强加的一种约束性的配位几何。这些研究结果表明这一方法在探索活性位点方面具有重要的应用价值。（Nature   DOI: 10.1038/nature19059）

8.MoS2/WS2异质结构中热激发子的超快形成

（Ultrafast formation of interlayer hot excitons in atomically thin MoS2/WS2heterostructures）

由二维过渡金属二硫化物构成的范德瓦尔斯异质结构作为一种新材料，在光电和光伏应用方面具有很大的潜力。然而，这些结构中光电流的产生为何如此高效仍然是一个未解之谜。

最近，Chen等人利用能态分辨超快可见/红外微光谱仪获得了在从MoS2/WS2界面层内激发到层间激发的过渡中电子转移中间态的确切实验证据，自由载流子迁移过界面的速度远远大于层内激子的复合速率。这一结果很好地解释了显著的电荷转移率和光电流是如何形成的。（Nature Communications   DOI: 10.1038/ncomms12512）

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